Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в России приоритетными являются задачи распространения энергосберегающих технологий, повышения энергоэффективности экономики, снижения давления топливно-энергетического комплекса на природные ресурсы страны.
В условиях быстрого роста цен на органическое топливо энергосбережение во всех отраслях промышленности является важнейшим фактором снижения себестоимости производства продукции и повышения её конкурентной способности. Основные направления энергосбережения:
использование низкопотенциальной энергии промышленных предприятий;
создание простых и надёжных энергетических установок для производства тепловой и электрической энергии, работающих на местных видах топлива.
Важнейшим направлением Энергетической программы (до 2020 г.), принятой Правительством РФ в 2003 г., является энергосбережение во всех отраслях промышленности. Во-первых, энергосбережение предполагает внедрение новых технологических процессов, в основе которых заложена меньшая энергоёмкость по сравнению с существующими технологиями. Во-вторых, - использование низкопотенциальной энергии, которая на современном уровне развития энергетики ещё мало применяется. Кроме того, сброс низкопотенциальной энергии вызывает экологическое загрязнение окружающей среды.
В промышленной энергетике России утилизация сбросной теплоты предприятий с выработкой электрической энергии на основе низкокипящих рабочих тел (НРТ) позволит снизить затраты предприятия на собственные нужды и улучшить экологическую обстановку.
Область применения установок с НРТ достаточно широка. Перспективным представляется применение паротурбинных установок с низкокипя-щим рабочим телом на ЦБК с противодавленческими турбинами для глубокой утилизации тепла уходящих газов.
В различных отраслях промышленности, особенно в целлюлозно-бумажной промышленности, применяются сотни промышленных печей со сбросом горячих газов в атмосферу. В таких промышленных установках можно устанавливать водогрейные котлы, нагретую воду из которых подавать в контур НРТ для выработки электроэнергии.
На магистральных газопроводах страны установлены десятки газотурбинных компрессорных станций со сбросом горячих газов в атмосферу. Такие ГТУ (газотурбинная установка) можно перевести в режим ПГУ (парогазовая установка) с применением контуров с НРТ.
Дешёвые местные виды топлива можно сжигать в водогрейных котлах, а горячую воду из них использовать в качестве греющего теплоносителя в контуре с НРТ.
Цель и задачи работы. В настоящее время в российской энергетике ощущается недостаток опыта проектирования и разработок паротурбинных установок на экологически безопасных низкокипящих рабочих телах. В России несколько лет проводится работа по внедрению технологий применения низкокипящих рабочих тел для производства электрической энергии, но сразу возникают трудности ввиду нехватки информации, в том числе и по проектированию тепловых электрических станций на низкокипящих рабочих телах. Необходимы рекомендации по выбору и расчету параметров тепловых схем и циклов, выбору и определению характеристик основного тепломеханического оборудования. Большая часть информации по проектированию энергоблоков является конфиденциальной информацией по причине интересов компаний, занимающихся их продвижением.
Целью работы являлась разработка методики выбора низкокипящего рабочего тела и расчета контура с турбиной, работающей на этом теле с целью повышения энергетической эффективности ТЭС; исследование структуры элементов тепловых электрических станций, работающих на низкокипя-щем рабочем теле.
Основные задачи:
-
исследование характеристик низкокипящих рабочих тел и создание алгоритма их выбора;
-
изучение опыта создания и эксплуатации тепловых электрических станций с низкокипящим рабочим телом;
-
разработка рекомендаций по выбору параметров тепловых циклов на низкокипящем рабочем теле;
-
оценка целесообразности применения различных тепловых схем;
-
подтверждение технической и экономической целесообразности применения низкокипящего рабочего тела на тепловой электрической станции.
Научная новизна диссертационной работы:
новым является комплексный подход к выбору низкокипящего рабочего тела, учитывающий требования экологической безопасности и тепловой эффективности;
рассмотрен ряд экологически безопасных низкокипящих рабочих тел, в том числе эфиров;
разработана математическая модель рассматриваемой тепловой схемы;
разработана методика выбора низкокипящего рабочего тела, учитывающая экологические и технические требования;
на конкретном примере выполнена апробация разработанной математической модели с выполнением расчетов тепловых схем и конструкторской проработки оборудования (конденсационного устройства).
Практическая значимость работы заключается в том, что результаты исследований и разработок, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы на этапе проектирования электрических станций на низ-кокипящих рабочих телах и их модернизации.
Разработанная методика передана в ОАО ГУП ТЭК для проведения проектных работ и мероприятий по модернизации действующих паротурбинных установок. По результатам данного мероприятия имеется акт внедрения.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждаются полнотой исследований технологий генерации электрической энергии на основе применения низкокипящего рабочего тела. Достоверность данных, полученных с помощью разработанных компьютерных программ, подтверждена сравнительными расчетами.
Личный вклад автора заключается в формировании теоретической базы действующих установок на низкокипящих рабочих телах. Разработана методика по выбору низкокипящего рабочего тела, учитывающая экологические и технические требования. Разработаны рекомендации к выбору параметров и конфигураций тепловых схем. Проведено математическое моделирование тепловой схемы действующей тепловой электрической станции и созданы программные продукты для расчета тепловых схем и оборудования. Определены технико-экономические показатели тепловой электрической станции на низкокипящем рабочем теле.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международной научно-практической конференции «Современные тенденции в сервисном обслуживании на предприятиях ЦБП», СПбГТУРП, институт комплексного развития и обучения «Крона», числа 2013 года.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных работы, 2 из которых в журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения. Содержит 138 страниц, в том числе 17 таблиц, 56 рисунков и список литературы из 100 наименований.
